高铁无线通信系统中LTE技术的应用探讨
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高铁无线通信系统中LTE技术的应用探讨
[摘要]lte技术对高速铁路的通信发展意义重大,对移动性提出了更高的要求。基于lte技术能够满足高速的宽带无线传输,致辞多种高铁机车内旅客的需求业务,可实现高铁宽带无线通信平台,有助于提升我国高铁的国际竞争力。本文着重研究分析了lte技术在高铁无线通信系统中的应用。
[关键词]高速铁路;无线通信;lte技术
中图分类号:tn929.5文献标识码:a文章编号:1009-914x(2013)21-0319-01
作为一种新型的高效交通运输方式,高速铁路已经在世界各国获得了较好的发展。我国经过多年的发展,高速铁路已经达到世界先进水平行列,出现了各种新型车厢,列车的速度也得到了较大的提升,在这种环境下,旅客对高速铁路的通信服务质量及种类提出了更高的要求。由于高铁无线通信覆盖的范围较广,多种无线通信场景都有涉及,因此确保在列车高速移动的同时还存在较好的网络覆盖、通信质量,是目前研究的一个重点问题。
一、lte技术
lte项目是3g的演进,属于3g技术和4g技术之间的一个过渡,也被称为3. 9g[1]。将3g的空中接入技术进行了改进,无线网络演进的唯一标准即为mimo和ofdm。基于20mhz频谱的宽带条件下,可以提供上行和下行分别为326mbit/s和86mbit/s的峰值速率[2]。可有效将小区边缘的用户性能进行改进,进一步降低系统延
迟,提升小区容量。lte技术应用的是单层结构,可实现低时延,对减小延迟和网络的简化有利,具有低成本、低复杂度的优势[3]。相较传统的3gpp接入网,它将rnc节点减少了,实现了对3gpp体系构架的变革,更趋向于ip宽带网结构。lte项目能够实现用户平面内部100 kbps的接入服务。此项技术还支持非成对频谱和成对频谱,能够对1.25-20 mhz的多种宽带进行灵活的配置。lte技术不但可以满足无线通信的平滑演进策略,还能满足无线通信的可靠、安全性等要求,是目前较理想的高铁无线通信技术。
二、高铁覆盖
1、无线传播模型
4、小区切换
高速移动物体的高速移动会形成小区间快速切换。切换指网络和移动台处于连接状态下,移动台要实现相邻小区的覆盖区域移动,如图1所示。原来服务小区就无法再提供给用户服务功能,需要将移动台连接到适合小区,断开和原来服务小区之间的联系,建立和邻近小区之间的连接的过程[5]。列车的最大运行速度为350km/h,即列车每秒移动97m。结合当前的高铁沿线基站分布情况,在经过沿途几百米覆盖范围的小区的时候,高速列车仅需要数秒时间。基于这种高速运行场景下,极易产生小区选择失败、脱网等网络现象。主要有以下原因:(1)ue移动速度与其密切相关。ue移动速度越快,就有越短的时间在小区中驻留,这样会造成ue驻留小区时间比小区选择过程要小;(2)如果ue移动速度太快,基于相同小区
重选时延的情况下,需要设置越长的小区间重叠区;(3)如果ue
移动速度太快,基于相同切换时延的情况下,需要设置越长的切换重叠区。一般情况下列车的运行速度、小区切换时间、小区重选时间等均和小区切换带设置相关。必须确保两个相邻的小区间有充足的重叠覆盖区域,这样才能满足基于高速运动过程中,终端对切换的时间要求。
三、总结
lte技术在高铁无线通信系统中应用的效果及优势:①主要以分组域业务作为目标,实现了系统整体架构的分组交换。②基于20mhz 频谱的宽带条件下,可提供上行和下行分别为326mbit/s和
86mbit/s的峰值速率。处于0-120km/ h的移动场景基础下,可实现60 mbps的吞吐速率,上行和下行速率分别为:16 mbps和44 mbps。
③可实现5bps/hz的下行链路频谱利用率,及2.5bps/hz的上行链路频谱利用率。④可支持非成对频谱及成对频谱,能够对1.25-20 mhz范围内的多种宽带进行灵活的配置,tdd-lte可以对上下行流量进行调整。⑤lte技术为扁平的网路架构,具有较少的网元节点,u-plan时延和c-plan时延分别为低于5ms和低于100ms。⑥采用频偏补偿机制,能够将多普效应进行有效的克服,保证基于高速移动的场景下也具有较好的无线链路质量。⑦在进行切换的时候充分考虑频率偏移变化,具有较高的切换成功率,保证在高速切换的情况下依然具备稳定的宽带连接。⑧提升了小区边界比特速率,可以提供用户的小区边缘速率达到1bps/hz,可达到半径为100km的小
区覆盖范围。⑨采用严格的qos机制实现了实时业务的高质量服务。⑩不用另设隧道天线,可以利用商用通信泄露电缆,在隧道内的rru 具有1.2km的漏缆覆盖,覆盖稳定。存在多rru共小区,保证在高速切换场景的情况下具有较稳定的宽带连接,减少了切换造成的抖动、丢包、时延等现象。
参考文献
[1] 胡海明,董绍经,姜有田,王磊.第四代移动通信技术浅析[j].计算机工程与设计.2011.32(5):1563-1567
[2] 蒋新华,朱铨,邹复民.高速铁路3g通信的覆盖与切换技术综述[j].计算机应用.2012.32(9):3285-3290
[3] 姚雅倩,丁长林.浅析高铁通信系统专利的现状和发展趋势[j].广东通信技术.2011(12):41-44
[4] 许昆.lte 技术在城市轨道交通车地无线通信系统中的应用[j].数字技术与应用.2012(8):33,35
[5] 原燕斌.高速铁路环境下lte切换技术的研究[d].北京市.北京邮电大学.(2012).